一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法及其结构与流程

一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法及其结构
【技术领域】
1.本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法及其结构。


背景技术：

2.气缸盖的作用是密封发动机的气缸，与活塞共同形成燃烧空间，并承受高温高压燃气的作用。为了保证喷油压力，喷油器针阀和喷嘴体偶件为高精密度运动副偶件，在工作过程中必须保证其充分冷却，喷油过程中不卡滞。随着越来越多的工程作业兴起，发动机的动力要求也越来越高，因此对发动机强化程度也相应提高，主要体现在发动机整体的动力、可靠性、耐久度等指标，因此随着发动机长期高负荷的做功，缸盖热负荷的增加，对喷油器的冷却也提出来新的更高的要求。因此，本技术提出一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的技术方案，较好的解决了原有的气缸盖因需要提升发动机性能而产生的喷油器冷却差、气缸盖水套流场阻力高以及缸盖铸造成品率平衡兼顾较差等问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法及其结构，以解决现有气缸盖因需要提升发动机性能而产生的喷油器冷却差、气缸盖水套流场阻力高以及缸盖铸造成品率平衡兼顾较差等问题。
4.为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
5.一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法，包括以下步骤：
6.步骤一：将配好的炉料放置在中频炉中熔炼，当炉中熔有大约三分之一量的铁水后，按1.35％-1.75％的比例加进等量的碳化硅，同时加入增碳剂对铁水进行增碳处理，当炉料熔化五分之四后，加入铜、硅、铁等，铁水熔炼完成后，控制铁水精练温度在1520-1550℃，保温5-12分钟，化验铁水成分达到要求时出铁水。
7.步骤二：按最终铁水的成分要求，按氮含量计算加入含氮合金，恒温搅拌，铁水均匀后出铁。
8.步骤三：在铁水包中加入一次孕育剂，重量为出铁水量的0.4-0.7％，采用包内冲入法孕育处理铁水。
9.步骤四：采用倒包随流二次孕育，孕育剂加入量为出铁水重量的0.1-0.2％。
10.步骤五：把孕育处理好的铁水浇入砂型铸型，浇注温度控制在1400-1460℃之间。
11.步骤六：铸件自然冷却至400度以下开箱流转清理。
12.进一步地，所述炉料的配比按重量百分比为废钢55-75％，回炉铁25-45％。
13.进一步地，所述铁水的成分以重量百分比为单位，包括以下原料：碳:3.1-3.4％、硅：1.35-1.75％、锰0.6％-0.9％、磷＜0.07％、硫0.05％-0.1％、铬0.15％-0.4％、铜0.2％-0.4％、钛0.025％，铁余量。
14.进一步地，所述氮含量为氮＜0.02％。
15.进一步地，所述含氮合金包括以下原料：氮化锰、氮化铬、氮化硅、氮化钒中的一种或多种。
16.进一步地，所述氮＜0.02％的成分通过：加入等量的氮化锰、氮化铬、氮化硅锰、氮化钒中的一种或多种获得。
17.一种半双层水套的四气门气缸盖结构，包括缸盖本体，所述缸盖本体中分为六个缸，所述缸盖本体上开设有油嘴安装孔和气门安装孔，所述油嘴安装孔和气门安装孔之间形成四角区域，所述缸盖本体上开设有冷却水腔，所述冷却水腔的中部设有水套隔板，将相应的冷却水腔分隔成单层水套和双层水套，所述冷却水腔内设有导流唇板；所述缸盖本体的第一缸和第二缸的四角区域为单层水套，所述缸盖本体的第三缸至第六缸为双层水套；所述第一缸和第二缸的中部设有水套隔板，所述水套隔板设在油嘴安装孔的左侧，所述第三缸至第六缸的水套隔板延伸至油嘴安装孔的右侧，从而在第三缸至第六缸的冷却水腔处形成双层水套。
18.进一步地，所述第三缸水套隔板的宽度小于第四缸水套隔板的宽度。
19.进一步地，所述缸盖本体的第一、第二缸侧壁开设有漫流水孔，所述漫流水孔和缸盖本体第一缸、第二缸的单层水套相连通，并通过漫流入水的方式进行水冷却，所述缸盖本体的第三、四、五、六缸还各开设有一个射水孔，所述的射水孔分别和第三缸至第六缸的水套相连。
20.进一步地，所述射水孔和双层水套的下层水套相连。
21.本发明所达到的有益效果是：
22.本气缸盖通过增加铬、铜、钛成分提高了灰铸铁材料的热疲劳强度，通过增加一定成分的氮提升了气缸盖材料的机械性能，通过所述的二次孕育的工艺流程，使气缸盖材料的金相组织中的珠光体基体达到了95％以上，保证了气缸盖材料的机械性能满足180bar以上最高气缸爆发压力的工作要求。
23.本气缸盖根据六个气缸对应的缸盖不同的水流场特性，通过第一至第六缸分别设置不同宽度的双层水套隔板，结合下层水套喷油器和气门形成的四角区第一和第二缸采用缸体上水孔漫流的方式、第三至第六缸采用射水孔的方式冷却，保证了一至六缸冷却水套换热系数和水流速度的均匀性，较好的解决了因需要提升发动机性能而产生的喷油器冷却差、气缸盖水套流场阻力高以及缸盖铸造成品率平衡兼顾较差等问题。
【附图说明】
24.在附图中：
25.图1是本发明的主视图；
26.图2是图1中a-a处的剖视图；
27.图3是图1中b-b处的剖视图；
28.图4是图1中c-c处的剖视图；
29.图5是图1中d-d处的剖视图；
30.图6是本发明的喷油器衬套的主视图的剖视图；
31.图7是本发明的仰视图的立体示意图；
32.图8为缸盖水套温度场计算结果模型；
33.图9为缸盖底板温度场计算结果模型；
34.图10为缸盖排气道温度计算结果模型。
35.附图标记：1、缸盖本体；1-1、第一缸；1-2、第二缸；1-3、第三缸；1-4、第四缸；1-5、第五缸；1-6、第六缸；1-7、水套隔板；1-8、喷油器安装孔；1-9、上层水套；1-10、下层水套；1-11、射水孔；1-12、导流唇板；1-13、卸荷槽；1-14、高压连接杆安装孔；1-15、喷油器回油孔；2、喷油器衬套；2-1、密封边；3、密封圈。
【具体实施方式】
36.下面结合具体实施例进行具体说明。
37.下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
38.实施例1
39.一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
40.步骤一：将配好的炉料放置在中频炉中熔炼，炉料的配比按重量百分比为废钢55％，回炉铁45％，当炉中荣炼出三分之一量的铁水后，按1.35％的比例加进等量的碳化硅，同时加入增碳剂对铁水进行增碳处理，当炉料熔化五分之四后，加入铜、硅、铁等，铁水熔炼完成后，控制铁水精练温度在1540℃，保温7分钟，化验铁水成分达到要求时出铁水，铁水的成分以重量百分比为单位，包括以下原料：碳:3.1％、硅：1.55％、锰0.75％、磷0.06％、硫0.07％、铬0.15、铜0.25％、钛0.025％，铁余量，铁余量的解释为，按照100％的重量计算，将前面原料的成分相加之后，按照100％的数值来减去相加的原料数值，得到的结果值就是铁余量即铁余量为94.945％。
41.步骤二：按最终铁水的成分要求，按氮含量0.018％计算加入含氮合金，恒温搅拌，铁水均匀后出铁，含氮合金包括以下原料：氮化锰、氮化铬、氮化硅锰、氮化钒中的一种或多种，氮＜0.018％的成分通过：加入等量的氮化锰、氮化铬、氮化硅锰、氮化钒中的一种或多种获得,据氮合金中氮原子的含量计算出需要的含氮合金的重量，此方法为行业通用计算方法，可通过有限的试验计算出具体含氮合金的重量。
42.步骤三：在铁水包中加入一次孕育剂，重量为出铁水量的0.5％，采用包内冲入法孕育处理铁水。
43.步骤四：采用倒包随流二次孕育，孕育剂加入量为出铁水重量的0.15％。
44.步骤五：把孕育处理好的铁水浇入砂型铸型，浇注温度控制在1420℃之间。
45.步骤六：铸件自然冷却至400度以下开箱流转清理。
46.孕育剂包括硅钡孕育剂、硅锶孕育剂、硅钡钙孕育剂、硅铁孕育剂和硅锶锆孕育剂中的一种或多种。
47.实施例2
48.一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
49.步骤一：将配好的炉料放置在中频炉中熔炼，炉料的配比按重量百分比为废钢75％，回炉铁25％，当炉中熔炼出三分之一量的铁水后，按1.55％的比例加进等量的碳化硅，同时加入增碳剂对铁水进行增碳处理，当炉料熔化五分之四后，加入铜、硅、铁等，铁水熔炼完成后，控制铁水精练温度在1520℃，保温12分钟，化验铁水成分达到要求时出铁水，
铁水的成分以重量百分比为单位，包括以下原料：碳:3.3％、硅：1.35％、锰0.9％、磷0.04％、硫0.1％、铬0.25％、铜0.2％、钛0.025％，铁93.835％。
50.步骤二：按最终铁水的成分要求，按氮含量＜0.016％计算加入含氮合金，恒温搅拌，铁水均匀后出铁，含氮合金包括以下原料：氮化锰、氮化铬、氮化硅锰、氮化钒中的一种或多种，氮＜0.016％的成分通过：加入等量的氮化锰、氮化铬、氮化硅锰、氮化钒中的一种或多种获得，据氮合金中氮原子的含量计算出需要的含氮合金的重量。
51.步骤三：在铁水包中加入一次孕育剂，重量为出铁水量的0.4％，采用包内冲入法孕育处理铁水。
52.步骤四：采用倒包随流二次孕育，孕育剂加入量为出铁水重量的0.2％。
53.步骤五：把孕育处理好的铁水浇入砂型铸型，浇注温度控制在1400℃之间。
54.步骤六：铸件自然冷却至400度以下开箱流转清理。
55.孕育剂包括硅钡孕育剂、硅锶孕育剂、硅钡钙孕育剂、硅铁孕育剂和硅锶锆孕育剂中的一种或多种。
56.实施例3
57.一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
58.步骤一：将配好的炉料放置在中频炉中熔炼，炉料的配比按重量百分比为废钢60％，回炉铁40％，当炉中熔炼出三分之一量的铁水后，按1.75％的比例加进等量的碳化硅，同时加入增碳剂对铁水进行增碳处理，当炉料熔化五分之四后，加入铜、硅、铁等，铁水熔炼完成后，控制铁水精练温度在1550℃，保温5分钟，化验铁水成分达到要求时出铁水，铁水的成分以重量百分比为单位，包括以下原料：碳:3.4％、硅：1.75％、锰0.6％、磷0.03％、硫0.05％、铬0.4％、铜0.4％、钛0.025％，铁93.345％。
59.步骤二：按最终铁水的成分要求，按氮含量＜0.012％计算加入含氮合金，恒温搅拌，铁水均匀后出铁，含氮合金包括以下原料：氮化锰、氮化铬、氮化硅锰、氮化钒中的一种或多种，氮＜0.012％的成分通过：加入等量的氮化锰、氮化铬、氮化硅锰、氮化钒中的一种或多种获得，据氮合金中氮原子的含量计算出需要的含氮合金的重量。
60.步骤三：在铁水包中加入一次孕育剂，重量为出铁水量的0.7％，采用包内冲入法孕育处理铁水。
61.步骤四：采用倒包随流二次孕育，孕育剂加入量为出铁水重量的0.1％。
62.步骤五：把孕育处理好的铁水浇入砂型铸型，浇注温度控制在1460℃之间。
63.步骤六：铸件自然冷却至400度以下开箱流转清理。
64.孕育剂包括硅钡孕育剂、硅锶孕育剂、硅钡钙孕育剂、硅铁孕育剂和硅锶锆孕育剂中的一种或多种。
65.如图1-10所示，一种半双层水套的四气门气缸盖结构，包括缸盖本体1，缸盖本体1中分为六个缸，即第一缸1-1、第二缸1-2、第三缸1-3、第四缸1-4、第五缸1-5和第六缸1-6，缸盖本体1上开设有油嘴安装孔和气门安装孔，油嘴安装孔和气门安装孔之间形成四角区域，缸盖本体1上开设有冷却水腔，冷却水腔的中部设有水套隔板1-7，将相应的冷却水腔分隔成单层水套和双层水套，冷却水腔内设有若干导流唇板1-12；缸盖本体1的第一缸1-1和第二缸1-2的四角区域为单层水套，缸盖本体1的第三缸至第六缸为双层水套；第一缸1-1和第二缸1-2的中部设有水套隔板1-7，水套隔板1-7设在油嘴安装孔的左侧，第三缸1-3至第
六缸1-6的水套隔板1-7延伸至油嘴安装孔的右侧，从而在第三缸1-3至第六缸1-5的冷却水腔处形成双层水套。根据气缸盖水套冷却流场计算结果和缸盖热耦合计算结果，这种结构保证了第一缸1-1至第六缸1-6冷却水套换热系数和水流速度的均匀性、六个缸水套侧面的温度均小于180
°
，缸盖底板和排气道的最高温度小于380
°
(企业规范要求控制的温度，能避免气缸盖因温度高、热应力大而产生疲劳裂纹)，如图8-10所示，气缸盖水套温度场计算结果，六个缸水套侧面的温度最大值174
°
，缸盖底板最高温度374
°
，排气道的最高温度308
°
，有效缩小了缸盖与燃气接触的高温部位的温度梯度，避免气缸盖因温度高、热应力大而产生疲劳裂纹。
66.第三缸1-3的水套隔板1-7的宽度小于第四缸1-4水套隔板1-7的宽度。缸盖本体1的出水口在前端，缸盖本体1总体的水流方向为纵向流动，但对每一缸为下层水套1-10的横向流动和上层水套1-9的纵向流动的组合，第三缸1-3在第四缸1-4的前面，通过水套隔板1-7的宽度的差异，减小了第三缸1-3的下层水套1-10横向流动的比例，实现了第三缸1-3、第四缸1-4冷却的均匀性。
67.缸盖本体1的第一缸1-1、第二缸1-2侧壁开设有漫流水孔，漫流水孔和缸盖本体1第一缸1-1、第二缸1-2的单层水套相连通，并通过漫流入水的方式进行水冷却，缸盖本体1的第三缸1-3、第四缸1-4、第五缸1-5、第六缸1-6还各开设有一个射水孔1-11，射水孔1-11分别和第三缸1-3至第六缸1-6的水套相连通，射水孔1-11和双层水套的下层水套1-10相连。
68.如图5所示，缸盖本体1上的喷油器孔内设有喷油器衬套2，喷油器孔的结构和喷油器衬套2相适应，喷油器衬套2的底部通过滚压、胀大形成截面成倒t形的密封边2-1，有效密封了缸盖本体1内的燃气和冷却水，喷油器衬套2上部侧壁设有密封圈3，有效密封了缸盖本体1内的冷却水和缸盖本体1顶部的机油。
69.如图2所示，缸盖本体1的前端面开设有高压连接杆安装孔1-14以及喷油器回油孔1-15，高压连接杆安装孔1-14与喷油器回油孔1-15连通，借助高压连接杆安装孔1-14回油，避免喷油器回油孔1-15贯穿缸盖本体1纵向的其他路的回油孔。
70.如图7所示，缸盖本体1的底面开设有若干卸荷槽1-13。

技术特征：
1.一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：将配好的炉料放置在中频炉中熔炼，当炉中熔有大约三分之一量的铁水后，按1.35％-1.75％的比例加进等量的碳化硅，同时加入增碳剂对铁水进行增碳处理，当炉料熔化五分之四后，加入铜、硅、铁等，铁水熔炼完成后，控制铁水精练温度在1520-1550℃，保温5-12分钟，化验铁水成分达到要求时出铁水。步骤二：按最终铁水的成分要求，按氮含量计算加入含氮合金，恒温搅拌，铁水均匀后出铁。步骤三：在铁水包中加入一次孕育剂，重量为出铁水量的0.4-0.7％，采用包内冲入法孕育处理铁水。步骤四：采用倒包随流二次孕育，孕育剂加入量为出铁水重量的0.1-0.2％。步骤五：把孕育处理好的铁水浇入砂型铸型，浇注温度控制在1400-1460℃之间。步骤六：铸件自然冷却至400度以下开箱流转清理。2.根据权利要求1所述的一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法，其特征在于：所述炉料的配比按重量百分比为废钢55-75％，回炉铁25-45％。3.根据权利要求1所述的一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法，其特征在于：所述铁水的成分以重量百分比为单位，包括以下原料：碳:3.1-3.4％、硅：1.35-1.75％、锰0.6％-0.9％、磷＜0.07％、硫0.05％-0.1％、铬0.15％-0.4％、铜0.2％-0.4％、钛0.025％，铁余量。4.根据权利要求1所述的一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法，其特征在于：所述氮含量为氮＜0.02％。5.根据权利要求1所述的一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法，其特征在于：所述含氮合金包括以下原料：氮化锰、氮化铬、氮化硅、氮化钒中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法，其特征在于：所述氮＜0.02％的成分通过：加入等量的氮化锰、氮化铬、氮化硅锰、氮化钒中的一种或多种获得。7.一种半双层水套的四气门气缸盖结构，包括缸盖本体，所述缸盖本体中分为六个缸，所述缸盖本体上开设有油嘴安装孔和气门安装孔，所述油嘴安装孔和气门安装孔之间形成四角区域，其特征在于：所述缸盖本体上开设有冷却水腔，所述冷却水腔的中部设有水套隔板，将相应的冷却水腔分隔成单层水套和双层水套，所述冷却水腔内设有导流唇板；所述缸盖本体的第一缸和第二缸的四角区域为单层水套，所述缸盖本体的第三缸至第六缸为双层水套；所述第一缸和第二缸的中部设有水套隔板，所述水套隔板设在油嘴安装孔的左侧，所述第三缸至第六缸的水套隔板延伸至油嘴安装孔的右侧，从而在第三缸至第六缸的冷却水腔处形成双层水套。8.根据权利要求7所述的一种半双层水套的四气门气缸盖，其特征在于：所述第三缸水套隔板的宽度小于第四缸水套隔板的宽度。9.根据权利要求7所述的一种半双层水套的四气门气缸盖，其特征在于：所述缸盖本体的第一、第二缸侧壁开设有漫流水孔，所述漫流水孔和缸盖本体第一缸、第二缸的单层水套相连通，并通过漫流入水的方式进行水冷却，所述缸盖本体的第三、四、五、六缸还各开设有一个射水孔，所述的射水孔分别和第三缸至第六缸的水套相连。
10.根据权利要求7所述的一种半双层水套的四气门气缸盖，其特征在于：所述射水孔和双层水套的下层水套相连。

技术总结
本发明公开了一种半双层水套的六缸四气门气缸盖的制造方法，包括以下步骤：将配好的炉料放置在中频炉中熔炼，按比例加进碳化硅等材料，保温，出铁水；按氮含量计算加入含氮合金，恒温搅拌均匀后出铁；在铁水包中进行一次孕育剂和二次孕育；把孕育处理好的铁水浇入砂型铸型；铸件自然冷却后开箱流转清理。本气缸盖有效提高了灰铸铁材料的热疲劳强度，使气缸盖材料的金相组织中的珠光体基体达到了95％以上，保证了气缸盖材料的机械性能满足180bar以上最高气缸爆发压力的工作要求；本气缸盖设置双层水套隔板，结合上水孔漫流的方式和射水孔的方式冷却，较好的解决了喷油器冷却差、气缸盖水套流场阻力高以及缸盖铸造成品率平衡兼顾较差等问题。兼顾较差等问题。兼顾较差等问题。


技术研发人员：谢克艳 李少明 潘洪波 黄韬
受保护的技术使用者：广西玉柴机器股份有限公司
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/6/12